DE102015209745B4 - Process for producing a Tl blisk - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer beschaufelten Scheibe (1) einer Gasströmungsmaschine eines Flugtriebwerks durch das sich an den Oberflächen der beschaufelten Scheibe eine mittlere Rauheit ≤ 0,5 µm ergibt, wobei die beschaufelte Scheibe (1) gebildet ist aus Legierungen auf Basis von intermetallischen Verbindungen, die zum größten Teil aus Titan bestehen und wobei nach einer mechanischen Bearbeitung (10) der beschaufelten Scheibe (1) die folgenden Schritte durchgeführt werden:- Oberflächenbearbeitung durch eine Strahlbehandlung (13) an der beschaufelten Scheibe mittels Ultraschall-Kugelstrahlen, und- mehrstufige Behandlung durch Gleitschleifen (14) in einem Behälter (21) einer Gleitschleifvorrichtung (20) in Anwesenheita) einer leicht fließfähigen, chemisch aktiven Flüssigkeit ohne Feststoffanteile, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Säuren, Basen und Reinigungsflüssigkeiten, wobei während der Bearbeitung in der Gleitschleifvorrichtung (20) nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten in dem Behälter eingesetzt werden undb) einer Vielzahl von Gleitschleifkörpern (29) als einzige Festkörper, ausgestaltet als keramische Rundzylinder mit einer Dichte von 1 bis 5 g/cm.A method of making a bladed disk (1) of an aircraft engine gas turbine engine by providing an average roughness ≤ 0.5 μm at the surfaces of the bladed disk, the bladed disk (1) being formed from alloys based on intermetallic compounds for the most part consist of titanium and wherein after mechanical working (10) of the bladed disc (1) the following steps are carried out: - surface treatment by blasting (13) on the bladed disc by means of ultrasonic shot peening, and multi-stage treatment by vibratory grinding (14) in a container (21) of a vibratory finishing device (20) in the presence a) of an easily flowable, chemically active liquid having no solids content selected from the group consisting of acids, bases and cleaning liquids, wherein successively during processing in the vibratory finishing device (20) differnet Ie liquids are used in the container and b) a plurality of vibratory grinding bodies (29) as a single solid, designed as a ceramic round cylinder with a density of 1 to 5 g / cm.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer beschaufelten Scheibe einer Strömungsmaschine und insbesondere eines Flugtriebwerks.The present invention relates to a method for producing a bladed disk of a turbomachine and in particular an aircraft engine.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In Strömungsmaschinen, wie stationären Gasturbinen oder Flugtriebwerken können sogenannte beschaufelte Scheiben (Blisk) eingesetzt werden, die an einer Scheibe oder einem sich drehenden Rotor integral oder einstückig angeordnete Schaufeln aufweisen und daher im Englischen auch Blade Integrated Disk od. Integrally Bladed Rotor genannt werden, woraus sich die Kunstbezeichnung „Blisk“ (Bladed Disk) ableitet. Obwohl derartige Bauteile für den Einsatz in Strömungsmaschinen gewisse Vorteile aufweisen, ist ihr Einsatz begrenzt, da sich die Herstellung aufgrund der komplexen Strukturen, die eine derartige Blisk aufweist, als durchaus schwierig und aufwendig gestaltet. Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil an derartige Bauteile hohe Anforderungen hinsichtlich ihres Eigenschaftsprofils gestellt werden. So müssen beschaufelte Scheiben oder Rotoren eine ausreichende Bauteilsicherheit und -zuverlässigkeit mit entsprechender Festigkeit, insbesondere Schwingungsfestigkeit aufweisen und darüber hinaus glatte Oberflächen für den strömungsoptimierten Einsatz besitzen. Entsprechend sind aus dem Stand der Technik bereits Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von beschaufelten Scheiben bekannt, wie sie beispielsweise in der EP 1 128 933 B1 , DE 10 2005 024 733 A1 , US 8,657,647 B2 und EP 2 103 384 A1 beschrieben sind.In turbomachines, such as stationary gas turbines or aircraft engines, so-called bladed disks (blisk) can be used, which have integral or integrally arranged blades on a disk or a rotating rotor and are therefore also called Blade Integrated Disk or Integrally Bladed Rotor, from which the art name "Blisk" (Bladed Disk) is derived. Although such components have certain advantages for use in turbomachinery, their use is limited because the manufacture of the complex structures that such Blisk, designed as quite difficult and expensive. This is especially true because of such high demands on their components in terms of their property profile. For example, bladed disks or rotors must have sufficient component safety and reliability with appropriate strength, in particular vibration resistance, and moreover should have smooth surfaces for flow-optimized use. Accordingly, already known from the prior art, processes for the production and processing of bladed disks, as for example in the EP 1 128 933 B1 . DE 10 2005 024 733 A1 . US 8,657,647 B2 and EP 2 103 384 A1 are described.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 103 384 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer geschweißten. Blisktrommel und damit einer beschaufelten Scheibe einer Gasströmungsmaschine bekannt, bei welchem nach einer mechanischen Bearbeitung einer beschaufelten Scheibe eine Oberflächenbearbeitung durch eine Strahlbehandlung an der beschaufelten Scheibe durchgeführt wird, an welche sich eine Behandlung durch Gleitschleifen in Anwesenheit einer Vielzahl von Gleitschleifkörpem anschließt. Aus der europäischen Patentschrift EP 1 128 933 B1 und aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 008 894 A1 ist das Gleitschleifen unter Anwesenheit einer Flüssigkeit bei der Herstellung von Triebwerksbauteilen bereits vorbekannt.From the European patent application EP 2 103 384 A1 is a method of producing a welded. Blisktrommel and thus a bladed disk of a gas flow machine known in which after machining a bladed disk, a surface treatment is performed by a blast treatment on the bladed disk, which is followed by a treatment by vibratory grinding in the presence of a plurality of Gleitschleifkörpem. From the European patent EP 1 128 933 B1 and from the German patent application DE 10 2008 008 894 A1 the vibratory grinding in the presence of a liquid in the production of engine components is already known.

Allerdings sind die bisherigen Verfahrensabläufe bei der Herstellung und Bearbeitung von beschaufelten Scheiben immer noch sehr aufwändig, sodass weiterhin eine vereinfachte Verfahrensdurchführung zur Herstellung und Bearbeitung von beschaufelten Scheiben mit vorteilhaften Eigenschaften, wie günstigen Eigenspannungsverteilungen, hoher Schwingungsfestigkeit, glatten Oberflächen usw. erforderlich sind.However, the previous process sequences in the production and processing of bladed disks are still very complex, so that further simplified process implementation for the production and processing of bladed disks with advantageous properties, such as low internal stress distribution, high vibration resistance, smooth surfaces, etc. are required.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung bzw. Bearbeitung von beschaufelten Scheiben einer Strömungsmaschine, insbesondere einer stationären Gasturbine oder eines Flugtriebwerks bereitzustellen, welches bei hoher Effizienz beschaufelte Scheiben mit einem vorteilhaften Eigenschaftsprofil in zuverlässiger Weise liefert.It is therefore an object of the present invention to provide a method for the production or processing of bladed disks of a turbomachine, in particular a stationary gas turbine or an aircraft engine, which delivers at high efficiency bladed discs with a favorable property profile in a reliable manner.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer beschaufelten Scheibe einer Gasströmungsmaschine eines Flugtriebwerks vorgeschlagen, durch das sich an den Oberflächen der beschaufelten Scheibe eine mittlere Rauheit ≤ 0,5 µm ergibt, wobei die beschaufelte Scheibe gebildet ist aus Legierungen auf Basis von intermetallischen Verbindungen, die zum größten Teil aus Titan bestehen und wobei nach einer mechanischen Bearbeitung der beschaufelten Scheibe die folgenden Schritte durchgeführt werden:

  • - Oberflächenbearbeitung durch eine Strahlbehandlung an der beschaufelten Scheibe mittels Ultraschall-Kugelstrahlen, und
  • - mehrstufige Behandlung durch Gleitschleifen in einem Behälter einer Gleitschleifvorrichtung in Anwesenheit
    1. a) einer leicht fließfähigen, chemisch aktiven Flüssigkeit ohne Feststoffanteile, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Säuren, Basen und Reinigungsflüssigkeiten, wobei während der Bearbeitung in der Gleitschleifvorrichtung nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten in dem Behälter eingesetzt werden und
    2. b) einer Vielzahl von Gleitschleifkörpern als einzige Festkörper, aus-gestaltet als keramische Rundzylinder mit einer Dichte von 1 bis 5 g/cm3.
According to the invention, a method is proposed for producing a bladed disk of an aeroengine gas flow machine, whereby an average roughness ≦ 0.5 μm results on the surfaces of the bladed disk, the bladed disk being formed from alloys based on intermetallic compounds, which consist for the most part of titanium and wherein after mechanical machining of the bladed disk the following steps are carried out:
  • - Surface treatment by a blast treatment on the bladed disk by means of ultrasonic shot peening, and
  • - Multi-stage treatment by vibratory grinding in a container of a vibratory finishing in the presence
    1. a) a readily flowable, chemically active liquid without solids, selected from the group consisting of acids, bases and cleaning fluids, wherein successively different liquids are used in the container during processing in the vibratory finishing and
    2. b) a plurality of Gleitschleifkörpern as the only solid body, designed as a ceramic round cylinder with a density of 1 to 5 g / cm 3 .

Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe des Gleitschleifens bei Verwendung einer Flüssigkeit ein einfacher Herstellungsprozess möglich ist, der beschaufelte Scheiben mit hervorragenden Eigenschaften liefert, und zwar insbesondere für beschaufelte Scheiben aus Titan-Werkstoffen, bei denen das Material, aus dem die beschaufelten Scheiben gefertigt sind, als größten Anteil Titan aufweist. Insbesondere fallen unter die Titan-Werkstoffe, aus denen die erfindungsgemäß herstellbaren, beschaufelten Scheiben vorzugsweise gebildet sein können, Legierungen auf Basis von intermetallischen Verbindungen, die zum größten Teil aus Titan bestehen. It has been found that by means of the vibratory finishing process using a liquid, a simple manufacturing process is possible which provides bladed discs with excellent properties, especially for bladed discs of titanium materials, where the material from which the bladed discs are made are, as the largest share titanium has. In particular, among the titanium materials from which the bladed disks produced according to the invention may preferably be formed are alloys based on intermetallic compounds, which for the most part consist of titanium.

Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Anwesenheit einer Flüssigkeit beim Gleitschleifen im Gegensatz zu Pasten, die beispielsweise im Stand der Technik eingesetzt werden, ein vorteilhafter Gleitschleifprozess ergibt, sodass auf aufwändige zusätzliche Bearbeitungsschritte verzichtet werden kann. Insbesondere kann eine Strahlbehandlung der beschaufelten Scheibe vor dem Gleitschleifen durchgeführt werden, ohne dass durch die Strahlbehandlung entstandene Materialaufwürfe an der Oberfläche der beschaufelten Scheibe aufwändig entfernt werden müssten, da die Materialaufwürfe an der Oberfläche beim nachfolgenden Gleitschleifen einfach beseitigt werden können.It has been shown that the presence of a liquid during vibratory grinding in contrast to pastes, which are used for example in the prior art, results in an advantageous vibratory finishing process, so that expensive additional processing steps can be dispensed with. In particular, a blast treatment of the bladed disk can be carried out before the vibratory finishing, without material produced by the blasting material on the surface of the bladed disk would have to be laboriously removed because the material spills on the surface during subsequent vibratory finishing can be easily eliminated.

Im Gegensatz zu einer pastösen Masse, wie sie im Stand der Technik bei Gleitschleifprozessen eingesetzt wird, wird entsprechend bei der vorliegenden Erfindung eine leicht fließfähige Flüssigkeit ohne Feststoffanteile eingesetzt und die einzigen Festkörper, die während des Gleitschleifprozesses mit der zu bearbeitenden Blisk in Kontakt kommen, sind die zusätzlich zugegebenen Gleitschleifkörper.In contrast to a pasty mass, as used in the prior art in vibratory grinding processes, according to the present invention, a readily flowable liquid without solids is used and the only solids that come into contact with the blisk to be processed during the vibratory grinding process the additionally added sliding abrasive.

Beim vorgeschlagenen Verfahren kann eine Untersuchung der Oberfläche der beschaufelten Scheibe auf Schädigungen durch Mikrorisse und/oder Poren durchgeführt werden. Die Untersuchung kann durch eine Eindringprüfung erfolgen, der eine Ätzbehandlung zur Reinigung der Oberfläche vorausgehen kann. Die Eindringprüfung kann als eine Farbeindringprüfung und/oder eine Fluoreszenz-Eindringprüfung, bei der eine fluoreszierende Eindringflüssigkeit verwendet wird, durchgeführt werden.In the proposed method, an examination of the surface of the bladed disc for damage by microcracks and / or pores can be performed. The examination may be made by a penetration test which may be preceded by an etching treatment to clean the surface. The penetrant test can be performed as a dye penetrant test and / or a fluorescence penetration test using a fluorescent penetrant liquid.

Nach dem Gleitschleifen kann die beschaufelte Scheibe bearbeitet werden, indem beispielsweise eine Spitzenpanzerung aufgebracht wird, wobei vor der Aufbringung der Spitzenpanzerung die Schaufelspitzen gefräst werden können, um die Aufbringung der Schaufelspitzenpanzerung vorzubereiten.After tumbling, the bladed disc may be machined by, for example, applying a tip armor, and prior to application of the tip armor, the blade tips may be milled to prepare for blade tip armor application.

Die mechanische Bearbeitung kann durch eine spanabhebende Bearbeitung, wie insbesondere Fräsen, erfolgen.The mechanical processing can be done by a machining, such as milling in particular.

Die Strahlbehandlung kann durch Kugelstrahlen und insbesondere Ultraschall-Kugelstrahlen erfolgen, wobei das Ultraschall-Kugelstrahlen deshalb bevorzugt ist, weil sich dadurch definierte und reproduzierbare Druckeigenspannungen in der Oberfläche erzeugen lassen, ohne die Rauheit der Oberfläche zu beeinträchtigen. Darüber hinaus kommt es auch bei feinen Strukturen nicht zu unerwünschten Verformungen.The blasting can be carried out by shot peening and in particular ultrasonic shot peening, ultrasound shot blasting being preferred because it allows defined and reproducible compressive stresses to be generated in the surface without adversely affecting the roughness of the surface. In addition, even with fine structures, undesired deformations do not occur.

Das Gleitschleifen kann als einstufiger oder mehrstufiger Gleitschleifprozess ausgeführt werden, wobei beim mehrstufigen Gleitschleifprozess das Gleitschleifen mit unterschiedlichen Gleitschleifparametern in den verschiedenen Prozessstufen durchgeführt wird. Beispielsweise kann bei einem zweistufigen Gleitschleifprozess in einer ersten Stufe das Gleitschleifen mit einer ersten Flüssigkeit durchgeführt werden, während bei der zweiten Stufe eine andere Flüssigkeit für den Gleitschleifprozess Verwendung findet. Darüber hinaus lassen sich die unterschiedlichsten Parameter des Gleitschleifprozesses, wie beispielsweise die Gleitschleifdauer oder die Art der verwendeten Gleitschleifkörper variieren.Vibratory grinding can be carried out as a one-stage or multi-stage vibratory finishing process. In the multi-stage vibratory finishing process, vibratory grinding is carried out with different vibratory grinding parameters in the various process stages. For example, in a two-stage vibratory finishing process in a first stage, the vibratory grinding can be carried out with a first liquid, while in the second stage another liquid is used for the vibratory finishing process. In addition, the most varied parameters of the vibratory finishing process, such as the vibratory finishing time or the type of vibratory grinding body used, can be varied.

Beim Gleitschleifen der beschaufelten Scheibe kann eine oszillierende und/oder translatorische Bewegung und/oder eine Drehbewegung der beschaufelten Scheibe relativ zu den Gleitschleifkörpern und/oder der Gleitschleifvorrichtung ausgeführt werden.In the case of vibratory grinding of the bladed disc, an oscillating and / or translational movement and / or a rotational movement of the bladed disc relative to the vibratory grinding bodies and / or the vibratory grinding apparatus can be carried out.

Als Gleitschleifkörper können unterschiedlich geformte Körper aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden, wobei sich jedoch insbesondere keramische Rundzylinder mit einer Dichte von vorzugsweise 1 bis 5 m/cm3 bzw. 2 bis 3 g/cm3 als vorteilhaft erwiesen haben.As Gleitschleifkörper differently shaped body made of different materials can be used, but in particular ceramic round cylinder having a density of preferably 1 to 5 m / cm 3 or 2 to 3 g / cm 3 have proven to be advantageous.

Die Flüssigkeiten, die beim Gleitschleifprozesse eingesetzt werden, können chemisch aktive Flüssigkeiten umfassen, die mit der Oberfläche der beschaufelten Scheibe und/oder daran anhaftenden Fremdstoffen reagieren oder diese lösen können.The fluids used in the vibratory finishing process may include chemically active liquids which may react with or dissolve the surface of the bladed disk and / or contaminants adhered thereto.

Entsprechend kann es sich bei den Flüssigkeiten um Säuren, Basen oder Reinigungsflüssigkeiten handeln. Allerdings ist auch der Einsatz neutraler Flüssigkeiten möglich.Accordingly, the liquids may be acids, bases or cleaning liquids. However, the use of neutral liquids is possible.

Das Gleitschleifen kann für eine Zeitdauer von bis zu fünf Stunden, insbesondere drei bis fünf Stunden, durchgeführt werden, sodass sich an den Oberflächen der beschaufelten Scheibe eine mittlere Rauheit ≤ 0,5 µm insbesondere ≤ 0,25 µm ergibt. Die mittlere Rauheit ist hierbei so definiert, dass der mittlere Abstand eines Messpunktes auf der Oberfläche zur Mittellinie angegeben wird, wobei die Mittellinie innerhalb einer Bezugsstrecke das Profil der Oberfläche so schneidet, dass die Summe der Profilabweichungen bezogen auf die Mittellinie minimal wird.The vibratory grinding can be carried out for a period of time of up to five hours, in particular three to five hours, so that an average roughness ≦ 0.5 μm, in particular ≦ 0.25 μm, results on the surfaces of the bladed disk. The average roughness is hereby defined such that the average distance of a measuring point on the surface is indicated to the center line, wherein the center line within a reference distance the profile of Surface cuts so that the sum of the profile deviations relative to the center line is minimal.

Figurenlistelist of figures

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

  • 1 eine perspektivische Darstellung einer beschaufelten Scheibe (Blisk),
  • 2 den Verfahrensablauf eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und in
  • 3 eine Gleitschleifvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The accompanying drawings show in a purely schematic manner in FIG
  • 1 a perspective view of a bladed disk (Blisk),
  • 2 the procedure of an embodiment of the present invention and in
  • 3 a vibratory finishing device for carrying out the method according to the invention.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Allerdings ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen davon möglich sind.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to these embodiments, but rather that modifications thereof are possible.

Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer sogenannten Blisk 1 (Blade Integrated Disk or Integrally Bladed Rotor), die eine Scheibe 2 und eine Vielzahl daran integral angeordneter Schaufeln 3 aufweist. Die gezeigte Blisk 1 ist eine einreihige Blisk 1, bei der nur eine umlaufende Reihe von Schaufeln 3 vorgesehen ist. Es können jedoch auch Blisktrommeln zum Einsatz kommen (nicht gezeigt), bei der mehrere Schaufelreihen nebeneinander an einer oder mehreren miteinander integral verbundenen Scheiben vorgesehen sind. Beispielsweise lassen sich derartige Blisktrommeln durch das axiale Verschweißen von mehreren Blisken 1, wie sie in 1 dargestellt sind, erzeugen. Auch derartige Blisktrommeln können durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.The 1 shows a perspective view of a so-called blisk 1 (Blade Integrated Disk or Integrally Bladed Rotor), which is a disk 2 and a plurality of blades integrally arranged thereon 3 having. The blisk shown 1 is a single-row blisk 1 in which only one rotating row of blades 3 is provided. However, blisk drums may also be used (not shown) in which a plurality of blade rows are provided side by side on one or more disks integrally connected to one another. For example, such Blisktrommeln by the axial welding of multiple Blisken 1 as they are in 1 are shown generate. Such blisk drums can also be produced by the method according to the invention.

Die 2 beschreibt den Verfahrensablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Schritte 10 bis 16 der Reihe nach durchgeführt werden. The 2 describes the procedure of an embodiment of the method according to the invention, in which the steps 10 to 16 be done sequentially.

Nachdem ein Rohbauteil einer Blisk 1 fertiggestellt ist, wird dieses gemäß der Erfindung im Schritt 10 mechanisch endbearbeitet, wobei bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Endbearbeitung durch Fräsen erfolgt.After a shell part of a blisk 1 is completed, this is according to the invention in the step 10 mechanically finished, wherein in the embodiment shown, the finishing is done by milling.

Nach dem Fräsen wird die Blisk 1 im Schritt 11 geätzt, um eine saubere Oberfläche zu erzeugen und Bearbeitungsspuren der vorangegangenen mechanischen Bearbeitung zu entfernen.After milling, the blisk 1 in step 11 etched to create a clean surface and to remove machining traces of the previous mechanical processing.

Danach wird im Schritt 12 eine Rissprüfung durchgeführt und zwar mittels einer fluoreszierenden Eindringprüfung, bei der mit einem fluoreszierenden Eindringmittel und unter Umständen mit Hilfe von UV-Bestrahlung (UV = ultraviolett) Mikrorisse und/oder Poren sichtbar gemacht werden können.After that, in step 12 a crack test carried out by means of a fluorescent penetrant test in which microcracks and / or pores can be made visible with a fluorescent penetrants and possibly with the aid of UV irradiation (UV = ultraviolet).

Nach der Durchführung der Rissprüfung im Schritt 12 wird im Schritt 13 eine Oberflächenbearbeitung durch Ultraschall-Kugelstrahlen durchgeführt, um die Oberfläche der Blisk 1 zu verdichten bzw. zu verfestigen und Druckeigenspannungen in die Oberfläche einzubringen. Beim Ultraschall-Kugelstrahlen werden Kugeln, die zusammen mit der zu bearbeitenden Blisk 1 in einer Kammer angeordnet sind, durch hochfrequente Schwingungen angeregt, um sich relativ zu der zu bearbeitenden Blisk 1 zu bewegen und beim Auftreffen auf die Blisk 1 die entsprechende Oberflächenbearbeitung durchzuführen.After performing the crack test in step 12 is in the step 13 a surface treatment performed by ultrasonic shot peening to the surface of the blisk 1 to compact or solidify and bring compressive stresses in the surface. When ultrasonic shot peening balls are used together with the blisk to be processed 1 are arranged in a chamber, excited by high-frequency oscillations, relative to the blisk to be processed 1 to move and when hitting the blisk 1 to carry out the corresponding surface treatment.

Nach dem Ultraschall-Kugelstrahlen im Schritt 13 wird im Schritt 14 ein Gleitschleifprozess durchgeführt, wie er nachfolgend mit Bezug auf 3 detailliert beschrieben wird.After the ultrasonic shot peening in step 13 is in the step 14 a vibratory finishing process is performed as described below with reference to FIG 3 is described in detail.

Nach dem Gleitschleifen wird bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Weiterbearbeitung der Blisk in der Weise vorgenommen, dass die Spitzen der Schaufelblätter 3 für die nachfolgend aufzubringende Spitzenpanzerung gefräst werden (Schritt 15), während im Schritt 16 dann die entsprechende Spitzenpanzerung auf die Schaufelspitzen aufgebracht wird.After the vibratory grinding, in the embodiment of the present invention further processing of the blisk is carried out in such a way that the tips of the blades 3 be milled for the subsequently applied top armor (step 15 ) while in step 16 then the appropriate tip armor is applied to the blade tips.

Die 3 zeigt in einer rein schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Gleitschleifvorrichtung 20, mit der der Schritt 14 des Gleitschleifens durchgeführt werden kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Gleitschleifvorrichtung 20 ist die Blisk 1 mit den integral an der Scheibe 2 angeordneten Schaufeln 3 in einem Behälter 21 aufgenommen, in dem sich eine Vielzahl von Gleitschleifkörpern 29 in Form von Zylindern mit runder Basisfläche befinden. Die Gleitschleifkörper 29 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem keramischen Material mit einer Dichte zwischen 2 bis 3 g/cm3 gefertigt. Die Gleitschleifkörper 29 umgeben die zu bearbeitende Blisk 1 vollständig, auch wenn in der 3 aufgrund der schematischen Darstellung nur einzelne Gleitschleifkörper 29 dargestellt sind. Zusätzlich ist in dem Behälter 21 eine Flüssigkeit vorgesehen, die aus einem der Flüssigkeitsbehälter 22 oder 24 über entsprechende Zuleitungen 23 zugegeben werden können. Die entsprechende Flüssigkeit kann über eine Pumpe 28 an einem Abfluss des Behälters aus dem Behälter 21 wieder abgesaugt werden, sodass sowohl während der Bearbeitung einer Blisk 1 in der Gleitschleifvorrichtung 20 als auch davor und danach nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten in dem Behälter 21 eingesetzt werden können.The 3 shows in a purely schematic representation of an embodiment of a vibratory finishing device 20 with which the step 14 the vibratory finishing can be performed. In the illustrated embodiment of the vibratory finishing device 20 is the blisk 1 with the integral on the disc 2 arranged blades 3 in a container 21 received, in which a variety of Gleitschleifkörpern 29 in the form of cylinders with a round base. The sliding abrasives 29 are made in the embodiment shown from a ceramic material having a density between 2 to 3 g / cm 3 . The sliding abrasives 29 surround the blisk to be processed 1 completely, even if in the 3 due to the schematic representation only individual Gleitschleifkörper 29 are shown. In addition, in the container 21 a liquid is provided from one of the liquid containers 22 or 24 via appropriate supply lines 23 can be added. The corresponding liquid can be pumped 28 at an outflow of the container from the container 21 be sucked out again so that both while processing a blisk 1 in the vibratory finishing device 20 as well as before and after successively different liquids in the container 21 can be used.

Bei den Flüssigkeiten kann es sich um chemisch aktive Substanzen handeln, die mit der Oberfläche der Blisk 1 chemische Reaktionen bewirken können, beispielsweise eine ätzende Wirkung oder eine reinigende Wirkung aufweisen können. Entsprechend können die Flüssigkeiten, die eingesetzt werden können, sowohl sauer als auch basisch sein und entsprechend durch verschiedene Säuren oder Basen gebildet sein.The liquids may be chemically active substances that interfere with the surface of the blisk 1 can cause chemical reactions, for example, have a corrosive effect or a cleaning effect. Accordingly, the liquids that may be employed may be both acidic and basic, and correspondingly formed by various acids or bases.

Wie bereits erwähnt können nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten eingesetzt werden, um beispielsweise zunächst mit einer ätzenden Säure die Oberfläche der Blisk 1 zu ätzen und anschließend mit der Zugabe eines Reinigungsmittels die Oberfläche der Blisk 1 von den Ätzprodukten zu säubern.As already mentioned, different liquids can be used in succession, for example, first with a corrosive acid, the surface of the blisk 1 to etch and then with the addition of a cleaning agent, the surface of the blisk 1 to clean from the etching products.

Die Zugabe kann nicht nur während des Gleitschleifprozesses erfolgen, sondern kann auch ohne Gleitschleifprozess vor dem Gleitschleifen oder nach dem Gleitschleifen erfolgen.The addition can not only take place during the vibratory finishing process, but can also be done without a vibratory finishing process before vibratory grinding or after vibratory grinding.

Das Gleitschleifen mit der Vielzahl der Gleitschleifkörper 29 und der zugegebenen Flüssigkeit erfolgt in der Weise, dass über einen Antrieb 26 eine Welle 25 drehend angetrieben wird, an der die Blisk 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel horizontal gelagert ist, sodass die Blisk 1 in dem Gemenge aus Gleitschleifkörpern 29 und Flüssigkeit eine Drehbewegung ausführt. Die Drehbewegung kann nur in einer Richtung erfolgen oder als Hin-und-Her-Bewegung durchgeführt werden, sodass die Drehrichtung in bestimmten Zeitintervallen geändert wird.The vibratory grinding with the plurality of Gleitschleifkörper 29 and the added liquid takes place in such a way that via a drive 26 a wave 25 is driven in rotation, at the blisk 1 is horizontally mounted in the illustrated embodiment, so that the blisk 1 in the batch of slide abrasives 29 and fluid makes a rotational movement. The rotation can only be done in one direction or as a to-and-fro movement so that the direction of rotation is changed at certain time intervals.

Zusätzlich oder alternativ kann eine oszillierende Relativbewegung zwischen den Gleitschleifkörpern 29 und der Blisk 1 dadurch bewirkt werden, dass der Behälter 21, der federnd über die Federn 27 gelagert ist, zu Schwingungen angeregt wird, sodass durch die Massenträgheit eine Relativbewegung zwischen den Gleitschleifkörpern 29 und der Blisk 1 bewirkt wird. Die schwingende Bewegung des Behälters 21 kann ebenfalls durch den Antrieb 26 bewirkt werden, wenn der Antrieb 26 während der Drehbewegung aufgrund einer erzeugten Unwucht den Behälter 21 zum Schwingen anregt.Additionally or alternatively, an oscillating relative movement between the Gleitschleifkörpern 29 and the blisk 1 caused by the container 21 , which springs over the springs 27 is mounted, is excited to oscillate, so that by the inertia, a relative movement between the Gleitschleifkörpern 29 and the blisk 1 is effected. The swinging movement of the container 21 can also by the drive 26 be effected when the drive 26 during rotation due to a generated unbalance the container 21 to vibrate.

Durch das beschriebene Verfahren kann eine integral beschaufelte Scheibe (Blisk), die insbesondere aus einem Titan-Werkstoff gefertigt sein kann, in einfacher Weise bearbeitet werden, wobei durch die Oberflächenbearbeitung eine sehr glatte Oberfläche mit einer mittleren Rauheit ≤ 0,5 µm insbesondere ≤ 0,25 µm erreicht werden kann, wobei gleichzeitig die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich Schwingungsfestigkeit, Eigenspannungsverteilung und dergleichen erreicht werden können.By means of the described method, an integrally bladed disk (blisk), which may in particular be made of a titanium material, can be machined in a simple manner, with a very smooth surface with an average roughness ≦ 0.5 μm, in particular ≦ 0, due to the surface treatment , 25 microns can be achieved, while the required properties in terms of vibration resistance, residual stress distribution and the like can be achieved.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited thereto, but rather modifications are possible in the manner that individual features can be omitted or other combinations of features can be realized, as long as the scope of the appended claims is not abandoned. The present disclosure includes all combinations of the features presented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bliskblisk
22
Scheibedisc
33
Schaufelshovel
1010
Fräsenmill
1111
Ätzenetching
1212
Rissprüfungcrack detection
1313
Ultraschall-KugelstrahlenUltrasonic shot peening
1414
GleitschleifenVibratory finishing
1515
Spitzenfräsentop milling
1616
Spitzenpanzerungtip plating
2020
GleitschleifvorrichtungBarrel finishing machine
2121
Behältercontainer
2222
Flüssigkeitsbehälterliquid container
2323
Zuleitungsupply
2424
Flüssigkeitsbehälterliquid container
2525
Wellewave
2626
Antriebdrive
2727
Federfeather
2828
Pumpepump
2929
GleitschleifkörperBarrel grinding

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung einer beschaufelten Scheibe (1) einer Gasströmungsmaschine eines Flugtriebwerks durch das sich an den Oberflächen der beschaufelten Scheibe eine mittlere Rauheit ≤ 0,5 µm ergibt, wobei die beschaufelte Scheibe (1) gebildet ist aus Legierungen auf Basis von intermetallischen Verbindungen, die zum größten Teil aus Titan bestehen und wobei nach einer mechanischen Bearbeitung (10) der beschaufelten Scheibe (1) die folgenden Schritte durchgeführt werden: - Oberflächenbearbeitung durch eine Strahlbehandlung (13) an der beschaufelten Scheibe mittels Ultraschall-Kugelstrahlen, und - mehrstufige Behandlung durch Gleitschleifen (14) in einem Behälter (21) einer Gleitschleifvorrichtung (20) in Anwesenheit a) einer leicht fließfähigen, chemisch aktiven Flüssigkeit ohne Feststoffanteile, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Säuren, Basen und Reinigungsflüssigkeiten, wobei während der Bearbeitung in der Gleitschleifvorrichtung (20) nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten in dem Behälter eingesetzt werden und b) einer Vielzahl von Gleitschleifkörpern (29) als einzige Festkörper, ausgestaltet als keramische Rundzylinder mit einer Dichte von 1 bis 5 g/cm3.A method of making a bladed disk (1) of an aircraft engine gas turbine engine by providing an average roughness ≤ 0.5 μm at the surfaces of the bladed disk, the bladed disk (1) being formed from alloys based on intermetallic compounds consisting mainly of titanium and wherein after a mechanical processing (10) of the bladed disc (1) the following steps are carried out: - surface treatment by a blast treatment (13) on the bladed disc by means of ultrasonic shot peening, and multi-stage treatment by vibratory finishing (14) in a container (21) of a vibratory finishing device (20) in the presence of: a) an easily flowable, chemically active liquid without solids, selected from the group consisting of acids, bases and cleaning liquids, during processing in the Vibratory finishing device (20) successively different liquids are used in the container and b) a plurality of Gleitschleifkörpern (29) as a single solid, designed as a ceramic round cylinder with a density of 1 to 5 g / cm 3 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mechanischen Bearbeitung (10) und der Strahlbehandlung (13) eine Untersuchung der Oberfläche der beschaufelten Scheibe durch eine Eindringprüfung (12) durchgeführt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that between the mechanical processing (10) and the blasting treatment (13) an examination of the surface of the bladed disc by a penetration test (12) is performed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eindringprüfung eine Ätzbehandlung (11) vorausgeht.Method according to Claim 2 , characterized in that the penetration test is preceded by an etching treatment (11). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringprüfung (12) eine Farbeindringprüfung oder eine Fluoreszenzeindringprüfung ist.Method according to one of Claims 2 to 3 , characterized in that the penetration test (12) is a dye penetrant test or a fluorescence penetration test. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Gleitschleifen (14) eine Schaufelspitzenbearbeitung mit Schaufelspitzenfräsen (15) und/oder Schaufelspitzenpanzerung (16) gegebenenfalls in der genannten Reihenfolge erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the vibratory grinding (14) a blade tip machining with blade tip milling (15) and / or blade tip armor (16) optionally takes place in the order mentioned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung (10) durch eine spanabhebende Bearbeitung und insbesondere Fräsen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical processing (10) by a machining and in particular milling takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrstufige Gleitschleifprozess mit unterschiedlichen Gleitschleifparametern durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-stage vibratory finishing process is carried out with different vibratory grinding parameters. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gleitschleifen (14) die beschaufelte Scheibe eine oszillierende und/oder translatorische Bewegung und/oder eine Drehbewegung relativ zu den Gleitschleifkörpern (29) und/oder einer Gleitschleifvorrichtung (20) ausführt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during vibratory grinding (14) the bladed disc performs an oscillating and / or translational movement and / or a rotational movement relative to the slide grinding bodies (29) and / or a vibratory finishing device (20). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleitschleifkörper (29) keramische Rundzylinder mit einer Dichte von 2 bis 3 g/cm3 verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that ceramic round cylinders having a density of 2 to 3 g / cm 3 are used as the vibratory grinding body (29). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitschleifen (14) für eine Zeitdauer von bis zu 5 h, insbesondere 3 bis 5 h durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vibratory grinding (14) for a period of up to 5 h, in particular 3 to 5 h is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitschleifen so durchgeführt wird, dass die Oberfläche der beschaufelten Scheibe eine mittlere Rauheit kleiner oder gleich 0,25 µm beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vibratory grinding is performed so that the surface of the bladed disc has an average roughness of less than or equal to 0.25 microns.
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